Elektrische Energiesysteme 1 - Grundlagen Energiesysteme - Interaktive Studienpläne der TU Ilmenau

schriftliche Prüfung, 120 Minuten (100% der Modulnote)

Grundlagen der Elektrotechnik

Elektrische Energietechnik

Rechnen mit komplexen Zahlen

Nach Abschluss der Vorlesungen sind die Studierenden in der Lage, den grundlegenden Aufbau des elektrischen Energieversorgungssystems zu benennen sowie die Zerlegung in symmetrischen Komponenten zu dessen Beschreibung zu gebrauchen.

Die Studierenden sind nach dem Besuch der Vorlesung fähig, die Anwendung der Transformation auf symmetrische und pu-Größen zu demonstrieren.

Die Studierenden können nach Abschluss des Moduls den Lastfluss für Netzzweige, den Fehlerstrom für Netzzweige sowie die Netzsituation mit komplexen Größen im eingeschwungenen Zustand untersuchen.

Nach Abschluss des Modules können die Studierenden auf dem Gebiet der elektrischen Energiesysteme zielgerichtet arbeiten.

Sie können das stationäre Betriebsverhaltens mittels Zeigergrößen berechnen und die Annuitäten und Barwertmethode zur Bewertung von Netzausbaumaßnahmen anwenden.

Nach der Lehrveranstaltung haben die Studierenden ihre in der Vorlesung erworbenen Kenntnisse anhand praxisnaher Beispiele gefestigt und können sich mit Fachvertretern über technische Lösungen auf wissenschaftlichem Niveau austauschen.

Die Studierenden sind in der Lage, eine einfache Forschungsfrage zu beantworten und die Ergebnisse im Rahmen einer Präsentation einem Fachpublikum vorzustellen.

1 Struktur der elektrischen Energieversorgung

• Elektrische Energie
• Elektrische Energieversorgung in Deutschland/ Europa
• AC versus DC
• Spannungsebenen
• Erzeugungsmix
• Netzentgelte

2 Grundbegriffe und Methoden

• Netzstruktur und -planung
• Knoten-Zweig-Darstellung
• Netzformen
• Grundprinzipien der Netzplanung
• Grundbegriffe Energiewirtschaft
• Zählpfeile und Zählpfeilsysteme im Drehstromsystem
• Phasordarstellung
• Leistungsberechnung
• Bezogene Größen
• Komponentenzerlegung und Leistungsberechnung 
• Symmetrische Komponenten
• Einphasiges Ersatzschaltbild

3 Betriebsmittelmodelle

3.1 Leitung

• Technologie Freileitung, Kabel, Gasisolierte Leitungen
• NOVA Prinzip beim Netzausbau
• Freileitungsmonitoring
• Wirtschaftliche Stromdichte / Querschnittsauslegung
• Lösung der Wellengleichung zur Herleitung einphasiges Ersatzschaltbild
• Parametrierung des Ersatzschaltbilds
• Betriebsverhalten der Leitung am Zeigerdiagramm
• Natürliche Leistung, Ladeleistung, natürlicher Betrieb

3.2 Transformator

• Aufbau und Funktionsweise Drehstromtranxformator
• Schaltgruppen
• Leistungstransformator vs. Zusatztransformator
• Stufenschalter 
• Typische Ausführungsformen Transformatoren
• Pi-Ersatzschaltbild / T-Ersatzschaltbild - Bezogene Ersatzschaltbilder
• Kurzschlussversuch / Leerlaufversuch
• Betriebsverhalten des Transformators am Zeigerdiagramm
• Parallelbetrieb von Transformatoren
• Transformator im Netzverbund - Ersatzschaltbild über mehrere Spannungsebenen
• Transformator als Netzregler: Quer- und Längsregelung
• Nullsystem des Transformators

3.3 Synchrongenerator

• Ausführungsformen, Technologie und Funktionsweise
• Erregersystem
• Einphasiges Ersatzschaltbild 
• Transformation auf Gegen- und Nullsystem
• Betriebsverhalten am Zeigerdiagramm
• PQ-Diagramm (Leistungsdiagramm)
• Leistungs-Frequenzverhalten für statische Winkelstabilität

4 Berechnung einfacher Netzkonfigurationen

4.1 Lastfluss im Netzstrang 

• Zielsetzung der Leistungsflussberechnung
• Übersicht Verfahren
• Typische Vereinfachungen
• Einfache Berechnung eines Netzstrangs für unterschiedliche Lastmodelle
• Ableitung Betriebsverhalten für den Zusammenhang von Wirkleistung, Blindleistung, Spannung und Spannungswinkel

4.2 Symmetrische Fehler

• Einordnung Zeitbereich der Berechnung
• Zielsetzung der Fehlerstromberechnung - Warum macht man das?
• Unterteilung in subtransiente, transiente und stationären Fehlerzeitbereich
• Fehlerstromberechnung bei einseitig gespeisten Fehlern
• Fehlerstromberechnung bei zweiseitig gespeisten Fehlern anhand des Überlagungssatzes bzw. Satz von Thevenin
• Definition Kurzschlussleistung

4.3 Unsymmetrische Fehler

• Fehlerarten
• Behandlung der Unsymmetrie mittels symmetrischer Komponenten
• Modellierung der Fehlerstelle
• Sternpunktbehandlung in Drehstromnetzen und deren Wirkung auf die Fehlerströme bzw. Spannungen in den drei Leitern bei unterschiedlichen Fehlerarten
• Beispiele für die Vereinfachung von Ersatzschaltbildern (händische Berechnung) für unterschiedliche Fehlerarten und Sternpunktbehandlungen

Powerpoint, Tafelbild, Folienumdrucke, Textskript,

Webex, Moodle

Fachbücher

• Crastan, V.: "Elektrische Energieversorgung Bd.1",4. Aufl., Springer, Berlin, 2012
• Schwab, A.: "Elektroenergiesysteme", Springer,3.Aufl., Springer, Berlin, 2012
• Oeding, D.; Oswald, B.: "Elektrische Kraftwerke und Netze", 8.Aufl., Springer, Berlin, 2016
• Heuck, K.; Dettman, K.: "Elektrische Energieversorgung", 8. Aufl., Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2010
• (Oswald, B.: Berechnung von Drehstromnetzen, 2. Aufl., Springer Verlag, Berlin, 2013)
• (Kundur, P.: "Power System Stability and Control", McGraw-Hill, New York, Toronto, 1994)

Internet

• Youtube Sammlung zum Thema Netzausbau: https://www.youtube.com/user/Netzausbau
• Dachverband Netzbetreiber Europa: https://www.entsoe.eu/
• Deutsche TSO: http://www.50hertz.com/de/, http://www.amprion.net, https://www.transnetbw.de/de, http://www.tennet.eu/de/ 
• Netzbelastung Regelzone 50Hertz: http://www.50hertz.com/Netzlast/Karte/index.html
• Infodatenbank Energieeinsatz: https://www.energy-charts.de
• Bsp. Hersteller Energietechnikprodukte für Transportnetze: www.siemens.de, http://www.abb.com/de, http://www.ge.com/de/,  
• Energiewirtschaftsgesetz: http://www.gesetze-im-internet.de/enwg_2005/index.html
• Erneuerbare Energien Gesetz: http://www.gesetze-im-internet.de/eeg_2014/index.html